DJ180架橋機大坡度安全架梁施工技術分析

胡正勇

（中鐵六局集團豐橋橋梁有限公司，北京 100076）

1 引言

高速鐵路建設快速發展，受施工條件的限制，在施工中經常會遇到大坡度的T梁架設施工。如，在新建天津至保定段高速鐵路天津西站動車走行右線橋梁第103#-82#墩的架設施工中，架梁坡度為34.16‰，動車走行左線橋梁第0#-16#墩的架設施工中，架梁坡度為3%上坡；在新建大同至西安鐵路客運專線太鋼特大橋右線第0#-11#墩的架設施工中，架梁坡度為30‰下坡。

目前國內施工采用的架橋機能夠滿足架設坡度20‰以內的架梁施工要求，但是坡度超過30‰則不能安全、順利實現架梁，歸其原因主要是由于當坡度大于30‰時，運梁車在重載情況下，剎車系統不能滿足安全要求，架橋機在吊梁架設過程中，吊重行車剎車系統不能滿足安全施工要求，容易造成架橋機失穩，形成安全隱患。施工中如何保證在大坡度下坡區段運梁及架設安全是本次施工的重點及難點。本文以新建大同至西安高速鐵路太鋼特大橋施工中DJ180型架橋機大坡度安全架梁為例，從運梁、架梁施工過程中的安全風險控制及防范措施、架橋機大坡度安全架梁工藝流程、施工工藝和架橋機大坡度架梁安全控制措施等方面介紹DJ180架橋機大坡度安全架梁施工技術要點，形成施工經驗。

2 工程概況

大西客專左線太鋼特大橋設計全長1572.19延長米（其中雙線墩部分496.22延長米），共41單線孔13雙線孔。特大橋起于石太客專線東側（對應石太客專下行線里程：K221+420），止于石太客專西側（對應石太客專上行線里程K232+996）。

大西右線太鋼特大橋設計全長1314.9單線延長米（對應石太上行線里程為K231+181.9～K232+496.9）。該橋共45雙線孔。

左線特大橋0#-10#墩坡度為27.5‰，右線特大橋0#-17#墩坡度為30‰，該大坡度段架梁為工程施工難點。

3 施工過程中的安全風險控制及防范措施

3.1 運梁車在運、架梁時風險控制及防范措施

3.1.1 設備安全性能保障

輪胎式運梁車分為主動臺車與被動臺車兩部分，在進行梁片運輸時主臺車擁有動力系統、轉向系統、剎車系統，副臺車只有轉向系統、剎車系統，每個臺車為四車軸。通常情況下運梁車為“三軸”制動，即主動臺車兩軸制動，副臺車一軸制動。運梁車在重載運輸過程中無論上坡還是下坡均存在很大的安全隱患，在整個施工過程中，安全控制的核心就是確保運梁車的制動系統安全、可靠，性能穩定。

根據現場施工情況，為了確保安全，聯合運梁車廠家對運梁車的制動系統進行升級改造，將既有的“三軸”制動，改造成“六軸”制動。即原有運梁車“三軸”制動（主臺車二軸制動，副臺車兩軸制動），升級改造為“六軸”制動（即主臺車四軸制動、副臺車二軸制動）。主臺車提供動力，主、副臺車通過制動風管連接，實現同步制動，達到制動安全的目的。輪胎式運梁車在施工過程中，全部采用手動變速，在大坡度下坡運梁施工時，嚴格使用低檔位運輸走行制度，嚴格控制運梁車走行速度，防止在運梁過程中因速度過快遇障礙物急停對制動系統產生沖擊而造成安全事故。

3.1.2 技術安全保障

大坡度架梁施工時，架橋機的整體提升高度必須根據橋梁的坡度計算得出，以特殊工況（架梁方向下坡30‰的坡度）為例。運梁車既有高度1.48m，2101型梁高度2.85m，即運梁車馱運梁片進入3#柱時高度為4.33m；架橋機在架梁狀態下3#柱處大臂至梁面高度為5.3m，吊梁行車與吊梁扁擔合計高度0.9m，即架橋機與梁面凈空為4.4m；在喂梁施工中，梁片與架橋機之間僅有70mm的間隙，無法保證梁片安全喂梁施工，因此在架梁施工前，需要將架橋機的整體高度至少增高200mm。

在運輸梁片過程中，使用手拉葫蘆和鋼絲繩將梁片與運梁車拉緊、加固，連接成一體，以增加梁片的穩定性。并在下坡方向反向增加一條鋼絲繩，防止梁片在運輸過程中向下坡方向滑動。運梁車在施工過程中，配備主、副司機各1名，隨車防護人員2名。負責盯控梁片支撐是否松動、鋼絲繩是否松動、運梁車時梁片是否前后滑動等。

3.1.3 力學穩定性安全保障

1）當運梁車在坡上靜止時，縱向摩擦力F摩=9.8×υQ（KN）=409KN（橡膠與混凝土之間的摩擦系數υ=0.3，梁片重量139t）。在坡度為30‰時，梁片與水平面之間的夾角為3度，根據力的分解，重力=梁片重量×9.8N/KG×sin30=40KN，小于縱向摩擦力，因此運梁車在30‰坡度上運梁停放時，梁片不會發生縱向滑動。

2）梁片運輸過程中作用于梁片的力，縱向慣性力T=t0Q（KN），式中Q為貨物重量、單位為t；t0=26.69-0.13Q，Q 大于 139t時，取 130t；

T=9.79×130=1361KN。縱向摩擦力小于縱向慣性力，需要采取加固措施，在加固過程中需要克服的力：1361+40-409=912KN。

在梁體兩側位置，分別設置兩道鋼絲繩進行加固，受力點四個，每個受力點鋼絲繩需要承受228KN的力，安全系數設為2.0，則每個受力點鋼絲繩需要承受456KN的力。通過查看設備性能參數表中鋼絲繩性能表，采用￠28，鋼絲抗拉強度155×107PA及以上的鋼絲繩對梁體進行加固，可以滿足安全要求。針對架梁方向為下坡時喂梁技術要求，需對梁片的支墊及加固措施進行驗算和補強。

3.2 架橋機架梁風險控制及防范措施

3.2.1 設備安全性能保障

在采用DJ-180型單導梁架橋機架設太鋼特大橋右線時，最大坡度為30‰的上坡，根據坡度30‰計算1#柱、2#柱之間的高差為為0.971m，為保證梁片縱向移動，需要在2#柱加裝1m加長節。聯合架橋機廠家進行設備改造，增加2#柱1m加長節，所增加的加長節為設備本身材質（在設備出廠前考慮大坡度架梁施工工況），設備橫向穩定性不會產生變化，經設計驗算后滿足安全使用要求。在實際架梁施工中，在過孔時根據計算出的1#、2#、3#柱之間的高差用硬雜木支墊找平，滿足安全要求。

通過對現有架橋機進行改進，將架橋機的2#支腿安裝加長節，用于調整機臂的水平度。在架橋機架梁過程中，機臂始終處于水平狀態，1#起重行車和2#起重行車將梁片水平吊起，梁片不會產生向前的水平力，確保了架橋機的穩定性。落梁時梁片兩端依次落在對應端的墊梁石上，實現水平架梁。改造后架橋機在一定程度上突破了現有架橋機的使用局限，擴展了使用范圍，確保了施工安全。

3.2.2 技術安全保障

在采用DJ-180型單導梁架橋機過孔時，最大坡度為30‰的上坡，根據坡度30‰計算1#柱、2#柱之間的高差為為0.971m，為保證梁片縱向移動，需要在2#柱加裝1m加長節。在過孔時根據計算出的1#、2#、3#柱之間的高差用硬雜木支墊找平。在過孔過程中，隨時觀察機臂水平情況，0#柱與1#柱水平允許高差為+10cm，1#柱與3#柱水平允許高差為±10cm。架橋機過孔結束升高位時1#柱、2#柱同時頂升至架梁狀態，隨時觀察機臂水平儀，使機臂保持水平，允許高差為±10cm，在施工過程中，嚴格控制各個技術要求，確保過孔的安全穩定。

3.2.3 力學穩定性安全保障

1）縱向穩定性驗算

q—機臂均布荷載，1t/m

P1—0# 柱重量，P1=2.75t

P2—1# 柱曲梁重，P2=17.9t

P4—2#柱、曲梁及橫移軌道重，P3=25.8t

P3—吊梁小車，P4=8.9t

P5—3# 柱重量，P5=5.65t

P6—發電機組及托架重量，P6=3.2t

2）橫向穩定驗算

正常架設T梁時，行車（T梁）一直位于橋機前支腿、中支腿兩導柱之間，則重心位于支點之間，不存在側向傾覆情況。

3）穩定性計算

傾覆力矩：M傾=P1×33.2+q×34.22/2=2.75×33.2+1×34.22/2=676.2t.m

平衡力矩：當RB=0時

M平=q×19.82/2+P4×16.9+P3×16.9+P5×19.4+P6×22.5

=1×19.82/2+25.8×16.9+8.9×16.9+5.65×19.4+3.2×22.5

=964t.m

穩定系數：n=M平/M傾=964/676.2=1.43 ＞ 1.3

4 施工工藝流程

施工工藝流程見圖1。

圖1 施工工藝流程圖

5 DJ180架橋機大坡度安全架梁施工工藝

DJ180型架橋機大坡度架梁施工分為三個步驟：

第一步：架橋機過孔；

第二步：調整機臂水平度；在過孔過程中，必須滿足的技術條件：架橋機0#柱與1#柱頂端的水平允許高差為±10cm；1#柱與3#柱水平允許高差為±10cm；架橋機的機臂整體允許高差為±10cm。在架橋機過孔前必須在2#柱頂端安裝加長節，在過孔過程中1#柱、2#柱和3#柱之間的高差需要從底端用支墊找平；

第三步：架橋機架梁。

5.1 架橋機過孔包括如下步驟

5.1.1 收架橋機的0#柱和3#柱，并穿銷軸，0#柱前移 13.8m；

5.1.2 支3#柱，收2#柱，且2#柱的走行軌離地，2#柱及其走行軌前行19m；

5.1.3 收3#柱，使用架橋機的1#吊重行車和2#吊重行車驅動機臂前行18.7m；

5.1.4 支3#柱，收2#柱，2#柱與其走行軌前行13.7m；

5.1.5 收1#柱，且1#柱的走行軌離地，1#柱及1#柱走行軌前行32.7m。

5.1.6 將架橋機的曲梁與機臂銷接，解除1#吊重行車和2#吊重形成與機臂之間的銷接觸，1#行車和2#行車后退至吊梁位，完成過孔。

5.2 架橋機架梁包括如下步驟

5.2.1 運梁車將梁片運送至架橋機機臂尾端，1#吊重行車完成捆梁和吊梁，同時人工將運梁車的前臺車推出喂梁位置；

5.2.2 #吊重行車與運梁車的后臺車同時前行至2#吊重行車吊梁位置，2#吊重行車完成捆梁和吊梁；

5.2.3 #吊重行車和2#吊重行車同步運行，將梁片運輸至落梁位；

5.2.4 落梁3m，同時安裝地腳螺栓，落梁至距離墊梁石10cm；

5.2.5 整機橫移 0.8m，機臂移梁 0.5m，落梁到梁墊石；

5.2.6 摘繩，解除1#吊重行車與2#吊重行車之間的聯接，1#吊重行車和2#吊重行車退回至吊梁位，完成架梁。

6 DJ180架橋機的大坡度架梁安全控制措施

采用DJ180型架橋機進行大坡度T梁架設時（“大坡度”是指待架設梁片的坡度在30‰-50‰），在施工過程中為保證安全，架梁過程中應當注意以下事項：

6.1 運梁車裝梁時，梁片重心（重心位置根據梁場標記位置）應落在運梁車臺車縱向中心線上，偏差不得超過10mm，在曲線上裝梁時，可使梁片重心與臺車縱向中心線略成斜交，但是最大不得超過150mm；

6.2 梁片落在運梁車上時，梁前端應超出前臺車支承橫梁2-3m，如施工條件限制，可按照規范利用其最大懸出位置（3.5m），梁片與前臺車和后臺車支承間應墊放硬木板或纖維層膠皮，以保護梁片混凝土；

6.3 太鋼特大橋最大坡度為30‰，為保證運梁車喂梁順利，不剮蹭2#柱，需要將運梁車后臺車加高20cm（根據運梁車高度、行車起升高度以及2#柱走行梁高度計算得出）。

6.4 運梁車運送梁片時，先檢查支撐是否牢固，運行前再次檢查制動氣壓是否良好，檢查周圍無障礙物后方可運行；運梁車運行派專人觀察線路，保證運梁平車馱運安全；

6.5 運梁車運送梁片時，應在前后兩臺車上分別由2人隨車護送，預防梁片支撐松動及在運梁車停止運行時在梁車前后及時采取三角木等防滑、防溜措施；

6.6 運梁車重載時應試驗確定Ⅰ擋上坡速度，以防承載后車輛滑行失控。空載下坡運行時速度不高于Ⅱ檔。當制動系統氣壓達到并超過800kPa時，車輛方可起步，運梁車行駛時除駕駛座位以外嚴禁載人，運梁車速度控制在2km/h。

6.7 為避免車輛在行駛上下坡時產生較大的慣性力矩和意外事故發生，嚴禁踩踏離合器踏板和空擋行駛及換擋達到提高速度和節省油耗的運行方式。

6.8 停車后，檔位必須處在有擋位置及手剎車處在制動位置，并用三角木在輪胎下坡方塞緊。

6.9 重載或空載行駛時必須連接前主車雙剎車管路，空載行駛時，用開口銷或鎖片鎖緊連接桿銷軸；重載或空載行駛時前主車駕駛員必須保證通信暢通（對講機及耳機有效）。

6.10 運梁車在距橋機3#柱30m處時提前減速，一度停車，檢驗制動等效果良好后，聽從架橋機指揮進行喂梁，緩緩推進。在確保運梁車前端與2#柱后方支腿間最小凈距1.5～2m，放置木質止輪器，防止運梁車沖撞2#柱。

6.11 為增加梁片的穩定性以及加大梁片與運梁車之間的壓力，使用倒鏈和鋼絲繩將梁片與運梁車拉緊、加固，運梁過程中注意檢查倒鏈是否出現松動。

7 結語

采用DJ180型架橋機配合運梁車進行架梁施工，適應的工況多，安全系數高，尤其在架設車站樞紐等大坡度上跨既有河流、既有公路、既有鐵路的橋梁時具有顯著的優越性，能夠有效的解決大坡度架梁的難題。在近幾年有關大坡度T梁架設施工中，通過對運梁車及架橋機進行改造，安全完成架梁施工任務，形成相關經驗。通過架梁坡度提前計算每跨橋梁前后高差，采用增加架橋機柱體加長節的方式調整各柱體的高度，保證架橋機水平架梁的安全要求；通過對運梁車制動系統升級改造，實現了大坡度運梁的安全要求；通過在梁片裝運過程中加固措施的完善，實現了大坡度運梁的安全要求。此工藝的總結，為今后的工程提供了一定的借鑒意義。